Расшифрован механизм связывания антимикробного фермента с поверхностью клеток-мишеней
Сотрудники Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН (Пущино) обнаружили в структуре фермента Blp из микроорганизма Lysobacter capsici особый связывающий участок — «якорь» для взаимодействия с клеточной стенкой бактерий. Это связывание необходимо для дальнейшей работы фермента, а именно для разрушения бактериальной клетки.
Открытие поможет в разработке новых эффективных лекарств для борьбы с болезнетворными микроорганизмами, устойчивыми к существующим антибиотикам. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
С каждым годом все больше болезнетворных бактерий приобретает устойчивость к антибиотикам. Поэтому исследователи разрабатывают новые препараты, а также ищут способ повысить эффективность существующих. Один из возможных способов решения проблемы — использование природных соединений, которые сами бактерии применяют для борьбы с микроорганизмами–«конкурентами». Наиболее перспективными среди них считаются бактериолитические ферменты, которые разрушают клеточную стенку бактерий, приводя в конечном итоге к их гибели. Однако до сих пор оставался нерешённым вопрос, как на молекулярном уровне бактериолитические ферменты убивают бактериальную клетку.
Ранее специалисты ИБФМ РАН выделили 12 бактериолитических ферментов из бактерии Lysobacter capsici, среди которых наиболее перспективными для медицины являются амидаза Ami и бета-литическая протеаза Blp. Эти ферменты разрушают клетки болезнетворных микроорганизмов, в том числе устойчивых к традиционным антибиотикам.
В новой работе исследжователи совместно с коллегами из Сколтеха (Москва) и Института белка РАН (Пущино) выяснили, что в пределах одного домена (структурно-функциональной единицы) фермента Blp, помимо активного центра, есть небольшой участок, который необходим для первичного связывания с клеткой-мишенью. Такая нехарактерная архитектура для ферментов, состоящих всего из одного домена, была известна до настоящего времени только для ещё одного бактериолитического фермента — псевдоальтерина морской бактерии Pseudoalteromonas.
Сначала авторы сравнили пространственную укладку этих двух ферментов и определили предполагаемые границы «якорного» участка в структуре Blp. Далее с помощью методов молекулярного моделирования ученые смогли найти термодинамические закономерности и предположить, что особую роль в первичном взаимодействии фермента с клеткой-мишенью играют гидрофобные взаимодействия. В результате исследователи определили три аминокислотных остатка-кандидата, которые могут быть ключевыми участниками этого процесса.
Чтобы подтвердить правильность результатов моделирования, авторы с помощью молекулярно-генетических подходов получили мутантные формы белка Blp, в которые были внесены точечные замены в позициях предсказанных аминокислотных остатков. Эти замены не повлияли на пространственную структуру мутантных белков. Однако биохимические исследования показали, что замены тирозина в позиции 160 и аспарагина в позиции 136 ухудшили способность протеазы Blp связываться с клеточной стенкой золотистого стафилококка — возбудителя гнойно-воспалительных заболеваний. Это привело и к тому, что способность фермента разрушать клетки патогена снизилась. Такие данные подтверждают ключевую роль тирозина в позиции 160 и аспарагина в позиции 136 для взаимодействия фермента Blp с клеточной стенкой бактериальных клеток. Таким образом, полученные результаты позволили специалистам приблизиться к пониманию механизма взаимодействия бактериолитического фермента с клетками-мишенями.
«В дальнейшем мы продолжим изучать молекулярные основы работы бактериолитических ферментов. Полученные знания будут полезны для направленной настройки ферментов с целью улучшения их антимикробных свойств. Без чёткого понимания работы биомолекулы невозможно разрабатывать эффективные антимикробные препараты нового поколения. Разработка перспективных отечественных антимикробных ферментных препаратов — наша основная цель, — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ирина Кудрякова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биохимии клеточной поверхности микроорганизмов ИБФМ РАН.
Источник: Пресс –служба РАН